沼氣肥中的重金屬在土壤-大蒜中的遷移轉化

曹昀 湯思文 劉燕燕

摘要：通過盆栽試驗，研究銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、砷（As）在土壤-大蒜中的遷移轉化規律。設置1個空白組、3個試驗組（T1、T2、T3），每個試驗組設置5個梯度（沼液稀釋度設為1 ∶ 8、1 ∶ 5、1 ∶ 4、1 ∶ 2、1 ∶ 1，加入沼渣的量分別為90、120、150、180、210 g），每個梯度設置1個平行。測定并計算土壤、大蒜的重金屬含量、元素相關性、土壤-大蒜化學計量比、富集系數等指標。結果表明，（1）沙土中的As含量除沼渣沼液合施組（T2）中的1 ∶ 5（210 g），沼液施肥組（T3）中的1 ∶ 5、1 ∶ 8超過GB 15618—2008《土壤環境質量標準》的一級標準外，其他組都超過GB 15618—2008《土壤環境質量標準》的二級標準。大蒜土壤中的As、Zn隨著沼氣肥濃度的增加變化趨勢明顯，大蒜土壤中的As含量都超過了國家標準，從大蒜植物樣試驗組T1、T2、T3組中未檢測出As;（2）大蒜吸收Cr元素的能力最強，沼液施肥處理中Cr的遷移能力最強的是稀釋比為1 ∶ 8的，且超過國家標準，但在沼渣施肥時遷移能力最弱的是210 g處理;在沼液施肥處理下，Zn元素遷移能力最強的是稀釋比為1 ∶ 8的，且遷移能力表現為Zn>Cu，土壤中的Cu、Zn含量可以促進大蒜對Cr元素的吸收，大蒜中的重金屬以Cr最多，且全部超標。綜上所述，土壤-大蒜中遷移能力是As最弱，Cr最強。

關鍵詞：沼氣肥;重金屬;土壤;大蒜;遷移轉化

中圖分類號： S156;X71? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0291-05

近年來，畜禽養殖業逐漸向規模化快速發展，大量畜禽糞便引起的環境污染問題日益嚴重。沼氣肥由畜禽糞便發酵產生，目前各地大量興起沼氣肥加工產業，它既符合廢棄物治理的減量化、資源化和生態化原則，又能減少環境污染[1-4]。沙土土質疏松，有機質含量低，保水保肥性差，是由80%以上的沙和20%以下的黏土混合而成的土壤。這種土壤土質疏松，透水透氣性好，但是保水保肥能力差，不適宜某些植物生長，施加沼氣肥可以改良土壤結構，提高土壤肥力。畜禽對飼料中銅（Cu）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、砷（As）等微量元素添加劑的利用率較低，造成沼氣肥中大量重金屬積累，不合理的配施沼氣肥可能導致土壤重金屬含量超標及農產品的產量、品質下降[5-8]。本研究以種植在含有沼氣肥的沙土中的大蒜為研究對象，測定Cu、Zn、Cr、As元素在土壤-大蒜中的轉移情況，以期為沙化地區蔬菜的安全種植提供參考依據，對改良沙土土壤肥力有重要意義，同時也是發展生態農業的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

供試大蒜種子購于江西省九江市德安縣種子公司;供試土壤取自江西師范大學附近的農家菜地及贛江采沙場，按照80%沙、20%黏土的體積比例進行混合;沼氣肥由江西省德邦牧業有限公司提供，沼肥主要由豬糞發酵而成。

1.2 試驗設計

試驗時間為2017年3—4月。試驗地點位于江西省南昌市江西師范大學鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室。本試驗以沙土為基質，在長×寬×高為31 cm×24 cm×9 cm的花盆中施加沼氣肥，在室內種植大蒜。如表1所示，本試驗設置1個空白組，3個試驗組，每個試驗組設置5個梯度，每個梯度設置1個平行，沼液稀釋程度設為1 ∶ 8、1 ∶ 5、1 ∶ 4、1 ∶ 2、1 ∶ 1，加入沼渣的量設為90、120、150、180、210 g，然后用沙土（80%沙，20%黏土）將各組土壤補足至8 100 g。供試沼氣肥與飼料的重金屬含量見表2，試驗前后土壤的pH值為6.2～7.3。試驗2個月后，對大蒜進行收割，并采集試驗組中的土壤及大蒜樣品，做好標記。

1.3 樣品處理與測試

將大蒜用自來水和去離子水沖洗，再將洗凈后的大蒜樣品用吸水紙吸干表面的水分并風干，放入已稱質量的干燥培養皿（m0）中稱質量（m1）。將培養皿和樣品一起置于電熱恒溫鼓風干燥箱中于80 ℃（鼓風）烘約24 h，樣品烘脆后用玻璃棒輕輕壓碎，然后于105 ℃（不鼓風）烘約12 h，冷卻，稱質量。再用相同的方法烘約2 h，稱質量，至質量恒定為止（將最后的質量記作m2），按照式（1）計算大蒜樣品的含水量。將土壤樣品自然風干后，與植物樣品一樣經研缽研磨過100目尼龍篩。土壤、植物樣品都采用HF-HNO3法消解，然后用Optima 8000 ICP-OES（電感耦合等離子體發射光譜儀）檢測。試驗過程中使用的試劑均為優級純，試驗所用器皿均在10%硝酸和去離子水中分別浸泡24 h以上，所有樣品批次含有相應的試劑空白，并進行20%平行樣的測定。大蒜中的重金屬含量以鮮質量計。

式中：f為植物樣品中的含水量;m0為培養皿質量，g;m1為植物鮮樣品和培養皿的總質量，g;m2為植物干樣和培養皿的總質量，g。

土壤樣品基本性質的測定采用常規方法，其中pH值采用去離子水浸提pH計法測定，水、土體積比=2.5 ∶ 1。

1.4 數據處理與分析

植物樣品測定用數據為干樣數據，本研究中所用數據為換算后的鮮樣數據，植物鮮樣中重金屬含量的計算公式如下：

式中：W為烘干土壤中砷、銅、鋅、鉻的含量，mg/kg;C為樣品濃度，C=C測定組-C空白組，mg/L;V為樣品體積，mL;m為消解時所取樣品的質量，g;f為土壤含水量。

采用Office 2010軟件進行數據處理及制圖，統計分析采用SPSS 21.0軟件完成，對試驗組的重金屬元素含量進行單因素方差分析（one-way ANOVA），并采用LSD（最小顯著性差異法）多重比較分析不同沼氣肥試驗組中相同重金屬元素含量的差異。

2 結果與分析